一种环境恶臭气体在线监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及环境恶臭气体在线监测，尤其是涉及一种环境恶臭气体在线监测系统及其方法。

背景技术

恶臭是指大气，水体、废弃物等物质中含有的、具有能够引起人体厌恶或不愉快气味的挥发性物质，通过空气介质，作用于人的嗅觉器官而被感知的一种嗅觉污染。产生恶臭的场所主要有污水处理厂、垃圾场、石油化工厂、化肥厂、农药厂、涂漆厂、橡胶厂、皮革厂等。其中硫系恶臭物质涉及的行业广泛，在各种恶臭物质污染中影响是最大的。含硫化合物的主要致臭成分是硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、及二甲基二硫化物，这些化合物常含有硫基、巯基和硫氰基等发臭基团，在常温下呈气态，产生臭味的阈值极低，在大气中含有1～10ppb就能嗅到气味，它们的存在除了引起嗅觉的不适外，还直接危害人类的健康。近年来空气中这些有机硫化物已经成为环境监测与评价的重要指标。他们在空气中含量低，易挥发，味道大，化学稳定性差，无法直接测量。

目前，国内外分析环境空气中恶臭气体的检测方法主要有；三点比较式臭袋法、固相吸附剂富集/气相色谱法、热脱附/气相色谱－质谱法、固相微萃取/气相色谱法、固相微萃取/气相色谱－质谱法、预浓缩/气相色谱法和预浓缩/气相色谱－质谱法等。三点比较式臭袋法只能测定恶臭气体的总浓度，不能对环境空气中有机硫化物定性、定量分析，且需要专业嗅辨员，故该方法的应用受到一定限制。固相微萃取法虽可利用碳基涂层选择性萃取气体中的硫化物，但存在竞争效应和取代效应等问题。恶臭气体在环境空气中浓度很低，并具有高反应活性，增加了其分析难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种环境恶臭气体在线监测系统，能够对环境空气中的臭气成分进行实时监测，具有可靠的实验室性能和现场实时监测功能。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种环境恶臭气体在线监测系统，包括检测管道、冷阱、装填于所述冷阱中用于吸附硫化物的吸附材料、换向阀、载气口、与大气相连通的出气口以及进气口、与所述载气口相连通的载气管道、与所述出气口相连通的出气管道、与所述进气口相连通的进气管道、与所述载气口相连通的载气管道、设置于所述出气管道上的抽气泵，所述载气管道、所述进气管道通过所述换向阀与所述冷阱的入口相连通，所述检测管道、所述出气管道与所述冷阱的出口通过所述换向阀相连通，所述检测管道上依次设置有色谱柱以及PFPD检测器。

进一步改进的是，所述吸附材料为改性过的活性炭。

进一步改进的是，所述进气管道或者所述进气口处设置有用于除尘的除尘装置。

进一步改进的是，所述除尘装置为过滤网。

进一步改进的是，所述进气管道上设置有进样阻尼管。

进一步改进的是，所述载气管道上设置有压力控制计以及流量稳定计。

进一步改进的是，还包括用于控制换向阀动作的驱动气。

进一步改进的是，所述检测管道、所述进气管道、所述出气管道、所述冷阱、所述载气管道、所述换向阀均经过硫钝化处理。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种环境恶臭气体在线监测系统，能够对环境空气中的臭气成分进行实时监测，具有可靠的实验室性能和现场实时监测功能。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种环境恶臭气体在线监测方法，包括以下步骤：

S1：换向阀打开进气管道与冷阱的入口的连通，关闭载气管道与冷阱的入口的连通，打开出气管道与冷阱的出口的连通，关闭检测管道与冷阱的出口的连通，抽气泵将大气中的样品气体抽入冷阱中；

S2：冷阱中的吸附材料对样品气体中的硫化物气体进行低温吸附，温度为-8--12℃，抽气泵将吸附完成后的样品气体从出气管

道中排入大气；

S3：关闭进气管道与冷阱的入口的连通，打开载气管道与冷阱的入口的连通，关闭出气管道与冷阱的出口的连通，打开检测管道与冷阱的出口的连通，将冷阱温度升高至240-260℃，被吸附的硫化物高温挥发，载气管道内通入氮气将挥发的气体通过检测管道进入色谱柱中进行分离，然后进入PFPD检测器中进行检测。

本发明的优点和有益效果在于：采用全惰性化处理管道，抽样泵负压采样的方式，并结合采用了低温固相吸附剂富集-热解析技术的气相色谱仪，因而在检测臭气物质方面具有优异性能，其中线性相关性系数为0.995～1，噪声在0.05-0.12ppb之间，方法检出限为0.048～0.322ppb，重复性为0.87％～2.27％，24h漂移为-2.37％～2.51％，该仪器在现场使用中能够实现对恶臭气体的有效监测。

附图说明

图1是环境恶臭气体在线监测系统的示意图；

图2是色谱图；

图3不同有机硫化物的线性相关性曲线。

其中：1、进气口；2、出气口；3、载气口；4、进气管道；5、出气管道；6、载气管道；7、驱动气；8、冷阱；9、抽气泵；10、检测管道；11、换向阀；12、色谱柱；13、PFPD检测器；14、进样阻尼管；15、压力控制计；16、流量稳定计

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种环境恶臭气体在线监测系统，包括检测管道10、冷阱8、装填于所述冷阱8中用于吸附硫化物的吸附材料、换向阀11、载气口3、与大气相连通的出气口2以及进气口1、与所述载气口3相连通的载气管道6、与所述出气口2相连通的出气管道5、与所述进气口1相连通的进气管道4、与所述载气口3相连通的载气管道6、设置于所述出气管道5上的抽气泵9，所述载气管道6、所述进气管道4通过所述换向阀11与所述冷阱8的入口相连通，所述检测管道10、所述出气管道5与所述冷阱8的出口通过所述换向阀11相连通，所述检测管道10上依次设置有色谱柱12以及PFPD检测器13。

所述吸附材料为改性过的活性炭，该改性过的活性炭采用硝酸和盐酸的混合溶液，体积比为1:1，对活性炭表面官能团进行改性，增加含氧官能团的数量，增加了对极性物质的吸附。

所述进气管道4或者所述进气口1处设置有用于除尘的除尘装置。

所述除尘装置为过滤网。

所述进气管道4上设置有进样阻尼管14，其用于平衡进样压力。

所述载气管道6上设置有压力控制计15以及流量稳定计16，流量稳定计16用于在压力变化时，稳定流量，保持流量不变。

还包括用于控制换向阀11动作的驱动气7。

所述检测管道10、所述进气管道4、所述出气管道5、所述冷阱8、所述载气管道6、所述换向阀11均经过硫钝化处理。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种环境恶臭气体在线监测系统，能够对环境空气中的臭气成分进行实时监测，具有可靠的实验室性能和现场实时监测功能。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种环境恶臭气体在线监测方法，包括以下步骤：

S1：换向阀11打开进气管道4与冷阱8的入口的连通，关闭载气管道6与冷阱8的入口的连通，打开出气管道5与冷阱8的出口的连通，关闭检测管道10与冷阱8的出口的连通，抽气泵9将大气中的样品气体抽入冷阱8中；

S2：冷阱8中的吸附材料对样品气体中的硫化物气体进行低温吸附，温度为-10℃，抽气泵9将吸附完成后的样品气体从出气管道5中排入大气；

S3：关闭进气管道4与冷阱8的入口的连通，打开载气管道6与冷阱8的入口的连通，关闭出气管道5与冷阱8的出口的连通，打开检测管道10与冷阱8的出口的连通，将冷阱8温度升高至250℃，被吸附的硫化物高温挥发，载气管道6内通入氮气将挥发的气体通过检测管道10进入色谱柱12中进行分离，然后进入PFPD检测器13中进行检测。

本系统采用抽样泵负压采样，环境样品经过惰性化处理管道，进入到气相色谱仪，通过气相色谱技术对环境中恶臭气体含量进行在线监测。其中分析仪表采用固相吸附剂富集/气相色谱法，其主要原理是：大气环境样品经过除尘、除水和除油后，通过温度为-10℃的低温冷阱8进行捕集，然后快速升温至250℃，在载气氮气的吹扫下进入色谱柱12进行分离，之后进入PFPD检测器13进行检测分析。同时由于硫化物特殊的物理和化学性质导致其极易被吸附，该系统全部管路和器件均经过硫钝化处理，保证对目标恶臭气体无吸附。因此该在线监测系统能够对环境空气中的臭气成分进行实时监测，具有可靠的实验室性能和现场实时监测功能。

结果与讨论

A:色谱图

将稀释后的浓度为10ppb的标气通入到色谱仪中进行分析，获得有机硫化物色谱图2。由图2可见，有机硫化物各组分能够得到较好的分离。

B:标准曲线

使仪器处于最佳运行状态，将浓度为1ppm的混合标气稀释到1ppb，2ppb，5ppb，10ppb，15ppb，绘制标准曲线，以体积浓度(x)对应响应值(y)绘制二次函数标准曲线，结果见图3，从图中可以看出，6种硫化物在1-20ppb范围内均具有良好的线性相关性，相关系数范围在0.9957-1之间。

C:噪声和方法检出限

根据《环境监测分析方法标准修订技术导则》(HJ 168-2010)的相关要求，将线性范围内最低浓度的标准气体连续进样7次，按照上述方法测定，计算7次平行测定的标准偏差s作为仪器的噪声，并按照MDL＝t(n-1,0.99)×s计算方法检出限。其中，t(n-1,0.99)为置信度99％、自由度(n-1)时的t值，当重复性次数n＝7时，t(n-1,0.99)为3.143。结果表明，六种臭气组分的噪声在0.05～0.12pA，方法检出限为0.048～0.322ppb，完全能够满足现场测试的要求。

表1不同臭气组分的方法检出限

D:重复性

仪器开机并调出运行方法，使仪器处于最佳运行状态，将稀释后的浓度为5ppb的混合标气通入到色谱仪中，连续进样8次，取连续6次做重复性数据，结果见表2.

表2不同臭气成分的重复性

E:24h漂移

仪器开机并调出运行方法，使仪器处于最佳运行状态。通入10ppb的标气，待读数稳定后，记录连续3次测得浓度平均值，通气结束后，待测分析仪器连续运行24h(期间不做任何维护和校准)后重复上述操作，并分别记录稳定后读数。实验结果如表3所示。

表3不同有机硫化物的24h漂移

从表3可以看出，6种硫化物的24h稳定性均在±3％以内，说明仪器具有很好的稳定性，能够满足客户现场在线检测的要求。从表中可以看出，稀释后的6种硫化物的重复性均在5％以内，除甲硫醇外的5种硫化物的重复性均在3％以内，说明仪器本身的测量结果具有很好的重现性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。